GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN KHÍ CỤ ĐIỆN - PHẦN II KHÍ CỤ ĐIỆN - CHƯƠNG 2 pptx

Contactor có thể đóng được dòng điện không tải, dòng định mức hay dòng khởi động của động cơ.. Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây contactor, do lực hút điện từ nên mạch từ tĩnh bị hút về

Trang 1

CHƯƠNG II : CÁC LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN THÔNG DỤNG

§ 2.1 CONTACTOR

I KHÁI NIỆM VÀ CÔNG DỤNG

Contactor là khí cụ điện đóng cắt nhờ lực hút của cuộn dây Contactor có thể đóng được dòng điện không tải, dòng định mức hay dòng khởi động của động cơ Nó có thể cắt dòng điện có tải hay quá tải nhẹ

Hình 2-1 Hình dạng bên ngoài Contactor

II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Contactor có hình dạng bên ngoài như hình 2-1 Về nguyên lý, contactor có cấu tạo cơ bản (hình 2-2) gồm: cuộn dây và mạch từ, hẹâ thống tiếp điểm chính và buồng dâp hồ quang, hệ thống tiếp điểm phụ Cấu tạo chi tiết của contactor được trình bày đầy đủ ở hình (2-3)

Hình 2-2 Nguyên lý cấu tạo của cotactor

Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP HCM

Trang 2

1 Cuộn dây và mạch từ:

Cuộn dây và mạch từ có thể sử dụng điện áp một chiều hoặc xoay chiều nhưng có kết cấu tương đối giống nhau Nhưng ở các mạch từ xoay chiều trên các mặt cực từ có thêm vòng ngắn

mạch có tác dụng chống rung

Mạch từ của cotactor gồm hai phần: phần tĩnh được gắn cố định lên đế, phần mạch từ động có mang hệ thống tiếp điểm động và nhờ lò xo phản hồi đẩy lên nên vị trí ban đầu ứng với mạch từ hở và các tiếp điểm chính ở vị trí thường hở (NO) Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây contactor, do lực hút điện từ nên mạch từ tĩnh bị hút về làm cho mạch từ khép kín và mang theo hệ thống các tiếp điểm động làm các tiếp điểm chính đóng lại

2 Các tiếp điểm chính và buồng dập hồ quang:

Các tiếp điểm chính của contactor khi làm việc phải chịu được dòng điện định mức, dòng điện

quá tải, ngắn mạch trong thời gian ngắn cũng như

phải cắt được dòng điện có tải cũng như quá tải nên

thường được trang bị buồng dập hồ quang Thường

dòng điện định mức của contactor tùy nhà chế tạo

có thể lên đến vài nghìn A

Buồng dập hồ quang của các contactor hạ áp thường dùng phương pháp chia cắt hồ quang có thể

kết hợp với việc thổi hồ quang bằng từ trường do

kết cấu của các vách ngăn bằng vất liệu sắt từ Ở

điện áp cao buồng dập hồ quang có thể sử dụng

phương pháp dập hồ quang trong chân không, trong

dầu, khí áp suất cao,…

3 Hệ thống tiếp điểm phụ:

Để thuận tiện cho việc phối hợp điều khiển, các contactor còn được trang bị các tiếp điểm phụ

chỉ có thể đóng cắt mạch điều khiển hoặc làm tín

hiệu cho các thiết bị điều khiển tự động, cảnh báo,…

có hai loại tiếp điểm phụ : tiếp điểm thường đóng

(NC) và tiếp điểm thường hở (NO)

III LỰA CHỌN CONTACTOR

Lựa chọn contactor cần chú ý đến các tham số sau:

 Điện áp định mức: Uđm

 Dòng định mức Iđm

 Khả năng cắt và khả năng đóng

 Tần số thao tác

Hình 2-3 Cấu tạo chi tiết của contactor xoay chiều

Trang 3

Thường các contactor được sản xuất theo tiêu chuẩn IEC 947-4-1 vì vậy khi chọn lựa

cotactor cần chú ý chọn theo điều kiện vân hành Tiêu chuẩn IEC 947-4-1 qui định hình thức sử

dụng contactor một chiều và xoay chiều theo điều kiện vận hành như sau:

1 Loại sử dụng đối với dòng điện xoay chiều

- Loại AC1: chúng được dùng cho những thiết bị và khí cụ điện, các hộ tiêu thụ sử dụng dòng điện xoay chiều, mà hệ số công suất ít nhất phải bằng 0,95 (cos0,95) Ví dụ dùng cho những điện trở ở dạng sưởi ấm hay lưới phân phối có hệ số công suất lớn hơn 0,95

- Loại AC 3: Chúng được dùng cho những động cơ lồng sóc Khi đóng, côngtắctơ thiết lập dòng điện khởi động có trị số từ 5 đến 7 lần dòng điện định mức của động cơ Khi mở, contắctơ sẽ cắt dòng điện định mức cung cấp cho động cơ Ở thời điểm đó, điện áp của những cực của contắctơ biến động còn khoảng 20% điện áp của lưới điện, việc cắt được tiến hành dễ dàng

Ví dụ sử dụng : tất cả những động cơ lồng sóc thông dụng trong cầu trục, thang máy, ở băng chuyền, ở cần cầu, ở máy nén, ở bơm và ở máy điều hòa nhiệt độ vv

- Loại AC4 và AC 2: chúng được dùng cho những hộ tiêu thụ mà động cơ dùng dòng ngược để hãm có phụ tải làm việc gián đoạn, sử dụng động cơ lồng sóc hay quấn dây Contắctơ này được đóng lại ở thời điểm mà cường độ có thể đạt từ 5-7 lần dòng điện định mức của động

cơ Khi cắt, nó có thể cắt dòng điện định mức với điện áp bằng điện áp lưới điện, việc cắt tương đối khó khăn hơn

Ví dụ sử dụng: động cơ ở máy in, ở máy nâng hàng, ở trong công nghiệp luyện kim

2 Loại sử dụng đối với dòng điện một chiều

- Loại DC1: chúng được dùng cho tất cả thiết bị và khí cụ điện, hoặc các hộ tiêu thụ sử dụng dòng điện một chiều mà hằng số thời gian (L/R) bé hơn hay bằng 1ms (hay nói cách khác

ở những hộ tiêu thụ, phụ tải không có tính cảm ứng hay cảm ứng bé, ví dụ các lò điện trở)

- Loại DC2: được sử dụng đối với động cơ một chiều kích thích song song Hằng số thời gian là khoảng 7,5ms Khi đóng, côngtắctơ này thiết lập dòng điện khởi động nằm trong khoảng 2,5 lần dòng điện định mức sử dụng Khi mở, côngtắctơ sẽ cắt dòng điện định mức của động cơ Việc cắt tương đối dễ dàng hơn

- Loại DC3: loại này chi phối sự khởi động, phanh dòng điện ngược hay có phụ tải làm việc gián đoạn Hằng số thời gian  2ms Khi đóng côngtắctơ thiết lập dòng điện khởi động gần bằng 2,5 lần dòng điện định mức của động cơ Khi mở, nó phải cắt dòng điện gấp 2,5 lần dòng điện khởi động ở một điện áp tối đa bằng điện áp của lưới điện Việc cắt tương đối khó khăn hơn

Loại này dùng cho khởi động động cơ kích từ song song với phụ tải làm việc gián đoạn và dùng cho việc đổi chiều quay của động cơ

Trang 4

- Loại DC4: dùng khi khởi động động động cơ kích từ nối tiếp, hằng số thời gian 10ms Khi đóng, côngtắctơ thiết lập dòng điện khởi động gấp 2,5 lần dòng điện định mức của động cơ Khi mở, nó cắt một phần ba dòng định mức được tiêu thụ bởi động cơ ở thời điểm này Điện áp ở những cực của chúng là khoảng 20% điện áp của lưới điện Ở loại DC4 số lần thao tác trong một giờ có thể cao hơn Việc cắt tương đối dễ dàng hơn

- Loại DC5: dùng khởi động động cơ kích từ nối tiếp, phụ tải làm việc gián đoạn hoặc phanh dòng điện ngược Hằng số thời gian  7,5ms Contắctơ đóng ở thời điểm mà cường độ dòng điện có thể đạt đến 2,5 lần dòng điện định mức của động cơ Khi cắt, contắctơ sẽ cắt ở dòng điện có cùng cường độ và điện áp có thể bằng điện áp của lưới điện Việc cắt tương đối khó khăn hơn Người ta có thể dùng nó trong trường hợp cần đảo chiều quay của động cơ

CÂU HỎI

1 Nêu khái niệm và công dụng của Contactor ?

2 Trình bày nguyên lý làm việc của Contactor ?

3 Khi lựa chọn Contactor cần chú ý đến các tham số nào ?

Trang 5

§ 2.2 CẦU CHÌ BẢO VỆ

I KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LỌAI CẦU CHÌ

1 Chức năng:

Cầu chì là một thiết bị bảo vệ trong đó việc chảy của một hay nhiều dây chảy làm hở mạch và ngắt dòng điện nếu dòng điện vượt quá giá trị đặt trong khoảng thời gian đã cho Các cầu chì được phân lọai theo hình thức sử dụng và cấu tạo

2 Phân lọai cầu chì

a Phân loại theo hình thức sử dụng:

- Cầu chì bảo vệ quá tải (theo tiêu chuẩn IEC, cầu chì bảo vệ quá tải được kí hiệu bằng chữ

g đầu): chỉ cầu chì thông dụng có thể dẫn dòng điện từ tối thiếu đến giá trị định mức và có thể

cắt dòng điện từ giá trị cắt tối thiểu và tới khả năng cắt định mức của chúng

- Cầu chì dự phòng (theo tiêu chuẩn IEC cầu chì dự phòng được ký hiệu bằng chữ a đầu): chúng có thể dẫn dòng tới dòng điện định mức và chỉ có thể cắt khi dòng điện quá tải nặng nề hoặc ngắn mạch

- Ngoài ra các cầu chì còn được phân loại theo thiết bị được nó bảo vệ:

+ bảo vệ cho cáp và đường dây- L + bảo vệ động cơ, máy cắt- M + bảo vệ linh kiện bán dẫn- R + bảo vệ máy biến áp- Tr

Ví dụ:

- Cầu chì gL là cầu chì bảo vệ quá tải cho đường dây

- Cầu chì aM là cầu chì dự phòng bảo vệ ngắn mạch cho động cơ hoặc máy biến áp

b Phân loại theo cấu tạo:

Theo cấu tạo của cầu chì có thể chia thành các dạng như:

- Cầu chì loại hở

- Cầu chì loại vặn

- Loại hộp

Trang 6

- Loại kín trong ống

Trang 7

II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CẦU CHÌ

Khi làm việc dây chảy của cầu chì được mắc nối tiếp với thiết bị cần được bảo vệ Tổn thất công suất trên điện trở của cầu chì theo hiệu ứng jun làwi2Rt, khi có quá tải hay ngắn mạch, nhiệt lượng sinh ra tại dây chảy đủ làm tăng dây chảy lên đến nhiệt độ nóng chảy của kim loại làm dây chảy, dây chảy đứt loại sự cố khỏi lưới điện

Như vậy đặc tính quan trọng của cầu chì là thời gian tác động phụ thuộc vào giá trị dòng điện qua dây chảy Quan hệ giữa dòng điện tác động và thời gian tác động được biểu diễn bằng đặc tính amper-giây như hình 2-4 Đường cong 1 là đặc tính amper-giây của cầu chì, đường cong

2 là đặc tính amper-giây của đối tượng (phụ tải) Trong vùng dòng điện quá tải thấp (vùng A), sự phát nóng của cầu chì diễn ra chậm và phần lớn nhiệt lượng đều tỏa ra môi trường bên ngoài đối tượng không được bảo vệ Trong vùng quá tải lớn, cầu chì bảo vệ được đối tượng Giá trị dòng điện giới hạn mà cầu chì có thể chảy gọi là dòng điện giới hạn Igh

Để bảo vệ được đối tượng thì đặc tính amper-giây của cầu chì phải thấp hơn của đối tượng đường (3)

Hình 2-4 Đặc tính amper-giây của cầu chì III KẾT CẤU CỦA CẦU CHÌ

Cầu chì thường được cấu tạo bởi hai phần cơ bản là hộp hay đế cầu chì và ống dây chảy Hình 2-5 mô tả một số dạng kết cấu của cầu chì hạ áp và cao áp Hình (a), (b) là kết cấu của cầu chì dùng sử dụng bảo vệ thiết bị điện lắp đặt trong các tủ điều khiển; (c),(d) là dạng cầu chì trung áp được lắp kết hợp với dao cách ly; (e), (f) cấu tạo bên trong của ống chì và chi tiết gá lắp cầu chì lên đế

Ống dây chảy thường có cấu tạo vỏ ngoài làm bằng nhựa bakelik hoặc sứ cách điện Trong vỏ là dây chảy là thành phần chính của cầu chì Dây chảy thường được làm bằng các kim lọai có

Trang 8

nhiệt độ nóng chảy thấp nhưng có nhiệt độ hóa hơi tương đối cao Trên dây chảy nguời ta dập lỗ hoặc rãnh để tạo tiết diện không đồng nhất

Hình 2-5 Kết cấu cầu chì

IV LỰA CHỌN CẦU CHÌ

Khi lựa chọn cầu chì cần chú ý đến các thông số định mức sau:

 Điện áp định mức Un

 Dòng điện định mức In

 Khả năng cắt (dòng ngắn mạch) định mức

 Đặc tính ampe - giây và khả năng hạn chế dòng điện của cầu chì

Ngoài ra khi lựa chọn cầu chì phải xét đến các khả năng sau:

 Khi lựa chọn cầu chì bảo vệ tụ điện và máy biến áp cần tính đến dòng điện quá độ Trong thiết bị tụ điện, dòng định mức tối thiểu của dây chảy bằng 1,6 lần dòng định mức của tụ, để tính đến sự điều hoà lưới điện và sự tăng điện áp

Trang 9

 Khi chọn cầu chì bảo vệ động cơ, cần chú ý đến dòng khởi động của động cơ và thời gian khởi động Cần chú ý đến tần số khởi động, nếu tần số quá cao các cầu chì không thể đủ nguội giữa các lần đóng cắt

 Khi lựa chọn cầu chì, chúng có điện áp định mức và trị số dòng điện khác nhau khi kích thước cầu đế cầu chì khác nhau

CÂU HỎI

1 Nêu chức năng và phân loại cầu chì ?

2 Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của cầu chì ?

3 Khi lựa chọn cầu chì cần chú ý điều gì ?

Trang 10

§ 2.3 ÁP-TÔ-MÁT (CB)

I KHÁI QUÁT VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT

1 Khái quát:

Áptômát hay còn gọi là CB viết tắt của từ tiếng Anh là Circuit Breaker là được hiểu như

là thiết bị cắt mạch CB được qui định ở tiêu chuẩn IEC 947-2 như sau: là thiết bị đóng cắt, ở điều kiện làm việc bình thường, máy cắt có khả năng cho dòng điện chạy qua và trong các điều kiện bất thường do ngắn mạch phải có khả năng chịu dòng điện trong khoảng thời gian xác định và cắt chúng

Máy cắt cho phép tác động đóng bằng tay phụ thuộc hoặc độc lập cũng như tác động bằng cơ cấu tích luỹ năng lượng (dưới dạng lò xo, động cơ, nam châm điện) Máy cắt cho phép tác động cắt bằng tay, động cơ hoặc bằng các bộ nhả như hở mạch, quá dòng, điện áp thấp, công

suất hoặc dòng điện ngược Hình dạng bên ngoài của một máy cắt phổ biến MCCB (Molded Case circuit breaker) được trình bày ở hình 2-6.

Hình 2-6 Hình dạng bên ngoài của CB

2 Yêu cầu kỹ thuật:

a Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu bao nhiêu cũng được Mặt khác, mạch dòng điện của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng

b CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài chục kA Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức

c Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại

do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB

d Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc, CB cần phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động

Trang 11

II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Sơ đồ nguyên lý làm việc của CB dòng điện cực đại và CB điện áp thấp được trình bày trên hình 2-7 và 2-8

- CB bảo vệ quá dòng (hình 2-7): Ở trạng thái bình thường sau

khi đóng điện, CB được giữ ở vị trí

đóng tiếp điểm nhờ móc răng 1

khớp với cần răng 5 cùng một cụm

với tiếp điểm động như hình dưới

Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, nam châm điện 2 sẽ

hút phần ứng 4 xuống làm nhả

móc 1, cần 5 được tự do, kết quả

các tiếp điểm của CB được mở ra

dưới tác dụng của lực lò xo 6, mạch điện bị ngắt

- CB bảo vệ thấp áp (hình 2-8): khi sụt áp quá mức, nam châm điện 1 sẽ nhả phần ứng 6 làm nhả móc 2, do đó các tiếp điểm của CB cũng được mở ra dưới dạng của lực lò xo 4, mạch điện bị cắt

Hình 2-8 Nguyên lý làm việc của một CB điện áp thấp

III CẤU TẠO CỦA MÁY CẮT THÔNG DỤNG (MCCB, MCB)

Như hình 2-9 là cấu trúc điển hình của một áptomát Về mặt cấu tạo áptomát gồm 5 bộ phận chính, đó là:

- Vỏ hộp (Molded Case),(1)

- Tiếp điểm (Contacts), (2)

- Bộ dập hồ quang (Arcing chamber kit), (3)

- Cơ cấu tác động cơ khí (Operating Mechanism), (4)

Hình 2-7 Nguyên lý làm việc của máy cắt

quá dòng điện cực

Trang 12

- Cơ cấu bảo vệ (Trip Uni) thường gọi là móc bảo vệ, (5)

Hình 2-9 Cấu tạo bên trong của CB

1 Vỏ hộp (1):

Là một kết cấu cách điện để lắp các thiết bị của một CB Vật liệu thường được sử dụng là nhựa chịu nhiệt như thủy tinh- polymer (glass-polymer) Cấu trúc của vật liệu phụ thuộc vào các thông số định mức của CB như điện áp định mức, dòng điện định mức, công suất cắt và kích cỡ vật lý của CB

(a)

Trang 13

Hình 2-10 Kết cấu tiếp điểm của CB

3 Buồng dập hồ quang:

Khi cắt mạch hồ quang phát sinh ở tiếp điểm sinh ra nhiệt có thể làm hư hỏng các tiếp điểm mặt khác quá trình ion hóa do hồ quang có thể có áp suất cao làm hư hỏng các bộ phận khác và vỏ của CB

Cấu trúc của buồng dập hồ quang thường hình chữ U được lảm bằng nhiều tấp thép ghép lại để chia nhỏ hồ quang, khuếch tán năng lượng hồ quang và dập tắt hồ quang nhanh chóng (hình 2-11)

Hình 2-11 Cấu trúc của một buồng dập hồ quang

4 Cơ cấu tác động cơ khí:

Gồm các bộ phận cơ khí giúp cho việc đóng mở bằng tay của

tiếp điểm Có ba trạng thái của cơ cấu tác động bằng tay: đóng

(ON), mở (OPEN), và trạng thái sau tác động bảo vệ (tripped)

Thao tác đóng mở bằng tay được trình bày trong hình 2-13

5 Cơ cấu bảo vệ:

Đây là trung tâm của một CB, là các phần tử mà nhờ nó việc tác động tự động của CB được thực hiện CB sẽ tác động trong các trường hợp sau: khi nhấn nút “PUSH TO TRIP”, khi thành phần cảm biến quá dòng bằng lưỡng kim hay cuộn dây điện từ tác động (đối với CB thông thường) hoặc tác động khi có sự cố chạm vỏ (ELCB,RCCB)…hình 2-14 trình bày cấu tạo của một móc bảo vệ tác động bằng lưỡng kim nhiệt và nam cuộn dây điện từ Quá trình tác động khi có sự cố quá dòng do quá tải hay ngắn mạch, tác động bằng lưỡng kim nhiệt và nam châm điện từ được trình bày trên hình 2-15

Hình 2-12

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	1,13 MB